本发明涉及一种石英灯热辐射试验技术领域，特别是一种石英灯加热器辐射热场热流分布均匀性测试装置。
背景技术：
石英灯加热器作为当前国内外热环境模拟、热强度试验系统中应用最广泛的加热设备，具有加热成本低、热惯性小、加热时间长、功率大和热效率高等特点，特别适用于长时间在/变轨飞行器防/隔热系统的地面等效气动热环境模拟试验。随着各类石英灯红外辐射加热试验项目的不断发展，高温红外辐射热环境分析与预测技术已成为地面防/隔热试验研究的重要方向。
石英灯加热器中水冷反光板面积、水冷反光板与灯阵间距离、热源疏密程度、热源阵列与材料受热面间距等因素对辐射热场中试件材料受热表面峰值热流密度和热流密度分布均匀性有不同程度的影响，从试验角度看，石英灯加热器在相同工况下工作时对同一规格材料试件受热面产生的峰值热流密度越高，且热流密度分布均匀性越好则加热器性能越优。为了更准确地分析加热器工作时的辐射热环境，必须对不同规格加热器典型工况下的辐射热流密度分布均匀性进行准确测量。
目前针对石英灯加热器辐射热流密度分布均匀性测量的方法为数值仿真和分区域离散测量的方法，然而数值仿真方法由于是模拟现实场景得到的数据，因此得到的数据与真实场景下得到的数据误差较大；分区域离散测量的方法由于只能获取离散点的热流密度，并由离散点的热流密度推断辐射热场内其他点的热流密度，因此误差也较大。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种石英灯加热器辐射热场热流分布均匀性测试装置，实现获取石英灯加热器辐射热场内每一个点的热流密度，从而解决了现有辐射热场内热流密度获取误差较大的问题。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种石英灯加热器辐射热场热流分布均匀性测试装置，包括刚性支撑架、第一交流同步伺服电机机械手、第二交流同步伺服电机机械手、第三交流同步伺服电机机械手、戈登热流计、伺服驱动控制器；其中，刚性支撑架为矩形架体结构；第一交流同步伺服电机机械手固定安装在刚性支撑架的上表面；第二交流同步伺服电机机械手固定安装在第一交流同步伺服电机机械手的上表面；第三交流同步伺服电机机械手为竖直杆状结构；第三交流同步伺服电机机械手竖直固定安装在第二交流同步伺服电机机械手的上表面；戈登热流计固定安装在第三交流同步伺服电机机械手的上部；伺服驱动控制器固定安装在刚性支撑架的内部底面。
在上述的一种石英灯加热器辐射热场热流分布均匀性测试装置，所述的第一交流同步伺服电机机械手实现在刚性支撑架的上表面左右水平往复运动；第二交流同步伺服电机机械手实现在第一交流同步伺服电机机械手的上表面前后水平往复运动；戈登热流计套装在第三交流同步伺服电机机械手的外壁，实现戈登热流计沿第三交流同步伺服电机机械手竖直上下运动。
在上述的一种石英灯加热器辐射热场热流分布均匀性测试装置，所述装置还包括刚性隔热瓦；刚性隔热瓦为平板状结构，水平设置在第二交流同步伺服电机机械手的上方；且第三交流同步伺服电机机械手从中部穿过刚性隔热瓦；第三交流同步伺服电机机械手安装戈登热流计的背面侧壁，固定安装有刚性隔热瓦。
在上述的一种石英灯加热器辐射热场热流分布均匀性测试装置，所述刚性隔热瓦的导热系数小于或等于0.3W/m·K。
在上述的一种石英灯加热器辐射热场热流分布均匀性测试装置，所述装置还包括水平尺；
水平尺水平设置在刚性支撑架内部底面，实现标识所述刚性支撑架的水平度，所述水平尺内部设置有水平泡，实现标识水平尺的水平度。
在上述的一种石英灯加热器辐射热场热流分布均匀性测试装置，所述装置还包括螺丝调整脚；
螺丝调整脚，固定连接在刚性支撑架底部的凹槽内，实现将固定刚性支撑架调整为水平状态。
在上述的一种石英灯加热器辐射热场热流分布均匀性测试装置，所述螺丝调整脚包括塑料底座和外六角螺丝；其中，塑料底座为水平放置的弓形结构；弓形塑料底座的两端与底面接触；外六角螺丝从下表面穿过弓形塑料底座与刚性支撑架固定连接；
通过在竖直方向旋转外六角螺丝，实现对水平尺的水平度进行微调。
在上述的一种石英灯加热器辐射热场热流分布均匀性测试装置，所述刚性支撑架由n支T型凹槽铝合金型材组合拼装而成，n≥12，且n为正整数。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明提供的装置通过配置第一交流同步伺服电机机械手、第二交流同步伺服电机机械手、第三交流同步伺服电机机械手，使得戈登热流计可以在水平面以及竖直面内任意移动，从而可以对辐射热场内的各个点进行不连续扫描测试，有效弥补了离散测点间存在部分区域无法获取到测试数据的问题，提高了热场热流密度的获取精度，进而可实现对数值仿真结果中热流密度分布云图的无间隙对比；
(2)本发明通过在装置中搭载带有高红外透过率光学窗口的高精度水冷式戈登热流计，能够在辐射热场内进行长时间线性输出测量，测试精度较高，并具有较高测试重复性。避免了采用离散测试方式时需要布置大量离散测点传感器的问题，从而降低了试验实现复杂度和实现成本。
附图说明
图1为本发明测试装置结构示意图；
图2为本发明螺丝调整脚结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为测试装置结构示意图，由图可知，一种石英灯加热器辐射热场热流分布均匀性测试装置，包括刚性支撑架3、第一交流同步伺服电机机械手4、第二交流同步伺服电机机械手5、第三交流同步伺服电机机械手6、戈登热流计7、伺服驱动控制器8；其中，刚性支撑架3为矩形架体结构；刚性支撑架3由n支T型凹槽铝合金型材组合拼装而成，n≥12，且n为正整数。第一交流同步伺服电机机械手4固定安装在刚性支撑架3的上表面；第一交流同步伺服电机机械手4实现在刚性支撑架3的上表面左右水平往复运动；第二交流同步伺服电机机械手5固定安装在第一交流同步伺服电机机械手4的上表面；第二交流同步伺服电机机械手5实现在第一交流同步伺服电机机械手4的上表面前后水平往复运动；第三交流同步伺服电机机械手6为竖直杆状结构；第三交流同步伺服电机机械手6竖直固定安装在第二交流同步伺服电机机械手5的上表面；戈登热流计7固定安装在第三交流同步伺服电机机械手6的上部；戈登热流计7套装在第三交流同步伺服电机机械手6的外壁，实现戈登热流计7沿第三交流同步伺服电机机械手6竖直上下运动；戈登热流计7通过随着第三交流同步伺服电机机械手6的运动滑块移动，获取外部石英灯加热器产生的辐射热场内不同区域连续分布的热流密度。伺服驱动控制器8固定安装在刚性支撑架3的内部底面。
所述装置还包括刚性隔热瓦9；刚性隔热瓦9为平板状结构，水平设置在第二交流同步伺服电机机械手5的上方；且第三交流同步伺服电机机械手6从中部穿过刚性隔热瓦9；第三交流同步伺服电机机械手6安装戈登热流计7的背面侧壁，固定安装有刚性隔热瓦9。
刚性隔热瓦9实现屏蔽外部石英灯加热器产生的辐射热场对刚性支撑架3、第一交流同步伺服电机机械手4、第二交流同步伺服电机机械手5、第三交流同步伺服电机机械手6产生的热破坏作用。刚性隔热瓦9的导热系数小于或等于0.3W/m·K。
所述装置还包括水平尺2；水平尺2水平设置在刚性支撑架3内部底面，实现标识所述刚性支撑架3的水平度，所述水平尺2内部设置有水平泡，实现标识水平尺2的水平度。
装置还包括螺丝调整脚1；螺丝调整脚1，固定连接在刚性支撑架3底部的凹槽内，实现将固定刚性支撑架3调整为水平状态。螺丝调整脚1包括塑料底座11和外六角螺丝12；其中，塑料底座11为水平放置的弓形结构；弓形塑料底座11的两端与底面接触；外六角螺丝12从下表面穿过弓形塑料底座11与刚性支撑架3固定连接；通过在竖直方向旋转外六角螺丝12，实现对水平尺2的水平度进行微调。
进一步地，所述装置还包括刚性隔热瓦9；刚性隔热瓦9套装在第三交流同步伺服电机机械手6的运动滑块下端运动极限位置以下的部位以及除戈登热流计7以外的第三交流同步伺服电机机械手6的外表面，用于屏蔽外部石英灯加热器产生的辐射热场对螺丝调整脚1、水平尺2、刚性支撑架3、第一交流同步伺服电机机械手4、第二交流同步伺服电机机械手5、第三交流同步伺服电机机械手6产生的热破坏作用。其中，所述刚性隔热瓦9的导热系数小于或等于0.3W/m·K。
下面对上述装置的工作原理及各器件的功能进行详细阐述：
螺丝调整脚1由塑料底座11和外六角螺丝12组成，塑料底座11包裹外六角螺丝12，从而能确保塑料底座11与外六角螺丝12之间包裹牢固，不易滑脱。用于当地面不平整时，通过旋转外六角螺丝12，对刚性支撑架3的水平度进行调节，直至水平尺2内的水平泡处于水平状态为止。
刚性支撑架3选用具有模块化组装功能的T型凹槽铝合金型材进行组合拼装，用于承载第一交流同步伺服电机机械手4、第二交流同步伺服电机机械手5、以及第三交流同步伺服电机机械手6组成的精密直线运动平台。由于戈登热流计7在测试过程中必须尽可能沿同一高度水平面运动，因此必须保持精密直线运动平台安装在水平条件下。并且通过选用T型凹槽铝合金型材作为刚性支撑架3的组成模块，可以保证刚性支撑架3的质量轻而且刚度高，进而能够避免框架焊接后由残余焊接应力导致的局部塑性变形。
水平尺2选用内部带有水平泡的铝合金方管型，可用于测量刚性支撑架3是否处于水平状态，进而调试设备是否安装水平。
第一交流同步伺服电机机械手4、第二交流同步伺服电机机械手5、第三交流同步伺服电机机械手6选用滚珠丝杠传动并且配套精密直线导轨作为导向机构的结构，从而实现选用滚珠丝杠传动并且配套精密直线导轨作为导向机构的结构，从而实现戈登热流计7在左右、前后以及竖直方向上的单一方向的往复移载定位功能。
伺服驱动控制8可以采用PLC控制器。第一交流同步伺服电机机械手4、第二交流同步伺服电机机械手5、第三交流同步伺服电机机械手6均选用转矩脉动小的220V交流同步伺服电机。从而可以保证具有较高的稳定性、运动精度和快速响应性。
戈登热流计7的感温元件可以采用圆箔式设计，由康铜制成，四周热沉由铜制成。测试过程中圆箔中心和圆周之间的温差形成热电偶效应，输出的毫伏电信号与吸收的辐射热流密度成正比。戈登热流计7的水冷结构用于保护传感器在长时间暴露于高强度热环境下不被损坏。
刚性隔热瓦9选用导热系数低且具有一定机加工性能的隔热材料制成，用于保护暴露于加热器高强度热辐射环境下的测试装置。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。